FRENOS DE AVION ACCIONADOS ELECTRICAMENTE.

Procedimiento para el accionamiento de un freno eléctricamente accionado que comprende un bloque de calor con unos discos de fricción de carbono (10,

12) y un accionador eléctrico (13) con un elemento móvil para el acoplamiento con el bloque de calor y el accionamiento del freno, comprendiendo el procedimiento, mientras no se aplica el freno, el control del accionador (13) para mantener la posición del elemento móvil con relación al bloque de calor dependiendo de la temperatura medida o calculada del bloque de calor

Frenos de avión accionados eléctricamente.

La presente invención se refiere a frenos para aviones accionados eléctricamente y está más particularmente relacionada, pero no exclusivamente, con el ajuste del huelgo de accionamiento de los frenos de este tipo.

El desgaste a la velocidad de rodaje sobre el suelo en los discos de material de fricción de los frenos de carbono-carbono (C-C) que comprenden un bloque de calor de los frenos de los aviones es significativo y desproporcionado con relación a las bajas energías implicadas. Es, por lo tanto, importante controlar el ajuste del huelgo de accionamiento de los frenos para evitar la resistencia entre los discos en el bloque de calor de los frenos que puede resultar en un desgaste excesivo de las superficies de fricción de los discos si el huelgo de accionamiento ha sido compensado por la dilatación térmica. Sin embargo, si el huelgo de accionamiento es demasiado amplio esto puede resultar en un retraso en el tiempo entre la aplicación del freno y la acción de frenado, peligrando potencialmente la seguridad del avión.

Los frenos para aviones en el pasado típicamente tenían como característica pistones hidráulicamente accionados (pistones) para generar las fuerzas de bloqueo a través del bloque de calor de los frenos para generar fricción en las interfaces de los discos. Los pistones de accionadores son retrocedidos del contacto con el bloque de calor de los frenos una distancia previamente determinada por medio de un sistema mecánico que utiliza resortes cuando se libera la presión hidráulica del sistema de frenado después de que se elimina la solicitud de los frenos.

A medida que se produce la tecnología para un avión más eléctrico existe una tendencia emergente hacia la utilización de pistones de accionadores eléctricamente impulsados para los frenos de los aviones. En los accionadores de este tipo el movimiento para aplicar y liberar la fuerza de bloqueo de los frenos en el pistón de accionador está dirigido por un motor eléctrico a través de un mecanismo tal como por ejemplo engranajes o husillos de bolas. Para establecer el huelgo de accionamiento cuando se elimina la solicitud de frenado se requiere que el motor de accionador dirija el pistón de accionador alejándolo del contacto con el bloque de calor. Esto se realiza en la patente US nº 6.003.640 a nombre de Googrich mediante la utilización de sensores de posición acoplados al pistón de accionador para determinar la posición del pistón de accionador y dirigir el pistón de accionador de vuelta en una cantidad previamente determinada desde la posición de contacto derivada durante la rutina de calibración.

En los frenos eléctricamente accionados tales como se describen en la patente US nº 6.003.340 o US 2004/0245053 el sistema detecta y graba la posición del bloque de calor de los frenos cerrado en una posición del accionador y el ciclo de calibración del desgaste en al inicio y calcula una posición del huelgo de accionamiento haciendo retroceder los accionadores una distancia previamente determinada desde la posición del bloque de calor medida y grabada. La distancia se determina mediante la máxima dilatación térmica axial posible del bloque de calor de C-C, para garantizar que en todas las condiciones de funcionamiento no ocurra una resistencia del freno. En los frenos para aviones mayores este proceso conduce a que se utilice un huelgo de accionamiento relativamente grande, del orden de 3,5-4 mm, lo cual a su vez conduce a un retraso en el tiempo entre la aplicación del freno y la generación del momento de torsión del freno ya que el pistón debe cruzar el huelgo de accionamiento.

Haciendo retroceder el pistón de accionador alejándolo del contacto con la posición cerrada del bloque de calor de los frenos en una cantidad previamente determinada como es conocido en los frenos hidráulicos y los frenos eléctricamente accionados tal como se describe en las patentes US nº 6.003.340 o US 2004/0245053 no existe compensación de la dilatación térmica ni la contracción que ocurrirán en el bloque de calor del freno durante los ciclos de servicio.

La dilatación del bloque de calor de los frenos de C-C es típicamente del orden de 12 x 10^-6ºC^-1. Esto es equivalente a 1,2 mm por 1000ºC por 100 mm de espesor del bloque de calor. Para un avión civil de tamaño medio típico el bloque de calor de los frenos de carbono-carbono con un espesor total de 200 mm esto proporciona una dilatación de 2,4 mm entre la temperatura ambiente y 1000ºC. Para un bloque de calor de los frenos de carbono-carbono de un avión civil típico con un espesor total de 300 mm esto proporciona una dilatación de 3,6 mm entre la temperatura ambiente y 1000ºC.

La dilatación térmica del material de fricción de los frenos con un coeficiente de dilatación positiva será un valor positivo cuando el bloque de calor de los frenos esté aumentando de temperatura y un valor negativo cuando el bloque de calor que los frenos se enfríe.

Cuando el freno se calienta durante un ciclo de frenado el bloque de calor se dilatará. Cuando se elimina la solicitud de frenado el sistema de control de los frenos invertirá el pistón de accionador hacia la posición de huelgo de accionamiento previamente determinada. Si la elevación de temperatura es significante, tal como por ejemplo durante un ciclo de aterrizaje, existe el riesgo de que la dilatación reduzca el espacio entre el bloque de calor dilatado y la posición de ajuste del huelgo de accionamiento hasta el extremo de que el freno se resistirá y causará el desgaste de los discos de freno de C-C y un frenado sin mandato.

Si el huelgo de accionamiento de los frenos se ajusta cuando el bloque de calor de los frenos está una temperatura elevada entonces, cuando el bloque de calor se enfríe después por debajo de la temperatura a la cual se ha ajustado el huelgo de accionamiento, el bloque de calor de los frenos se contraerá debido al enfriamiento, incrementando de ese modo el huelgo de accionamiento y en la siguiente actuación del freno existirá un retraso mientras se compensa el huelgo de accionamiento entre el pistón de accionador y el bloque de calor de los frenos.

A fin de optimizar el comportamiento de los frenos es importante reducir el tiempo de respuesta para aplicar la acción de frenado después de que el sistema de control de los frenos identifique una solicitud de frenado en el pedal del freno del piloto. Un huelgo de accionamiento del orden de 0,5 mm sería ideal para una respuesta de los frenos, sin embargo, el huelgo de accionamiento real de los frenos se ajusta a espacios típicamente del orden de 3,5 mm hasta 4 mm en un avión mayor para permitir la dilatación térmica del bloque de calor de los frenos durante los ciclos de servicio.

Existe un beneficio significante en el desgaste de los discos del bloque de calor de los frenos de carbono-carbono y el comportamiento de los frenos si el huelgo de accionamiento se puede ajustar para compensar los efectos de la dilatación en el bloque de calor de los frenos debido a la temperatura de los frenos para evitar la resistencia de los frenos y el retraso en la actuación de los frenos.

Según un aspecto de la invención, se provee un procedimiento de funcionamiento de un freno eléctricamente accionado que comprende un bloque de calor con discos de fricción de carbono y un accionador eléctrico con un elemento móvil para el acoplamiento del bloque de calor y el funcionamiento del freno, el procedimiento comprendiendo, mientras el freno no se aplica, el control del accionador para mantener la posición del elemento móvil con relación al bloque de calor dependiendo del cambio de la temperatura medida o calculada del bloque de calor.

El procedimiento adicionalmente comprende un bloque de calor con discos de fricción de carbono y un accionador eléctrico con un pistón móvil, desde una posición inicial que se puede ajustar, hasta el acoplamiento con el bloque de calor de modo que se aplique el freno, dicho procedimiento incluyendo:

• la grabación de los datos indicativos del cambio en el espesor de dicho bloque de calor con la temperatura;

• la medición de la temperatura del bloque de calor; y

• el ajuste de dicha posición inicial del accionador dependiendo de dichos datos y de la temperatura medida.

Según un segundo aspecto de la invención, se provee un freno para aviones eléctricamente accionado que comprende:

• un bloque de calor provisto de...

1. Procedimiento para el accionamiento de un freno eléctricamente accionado que comprende un bloque de calor con unos discos de fricción de carbono (10, 12) y un accionador eléctrico (13) con un elemento móvil para el acoplamiento con el bloque de calor y el accionamiento del freno, comprendiendo el procedimiento, mientras no se aplica el freno, el control del accionador (13) para mantener la posición del elemento móvil con relación al bloque de calor dependiendo de la temperatura medida o calculada del bloque de calor.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, para el accionamiento de un freno de avión eléctricamente accionado provisto de un accionador eléctrico (14) con un pistón (13) móvil, desde una posición inicial que se puede ajustar, al acoplamiento con el bloque de calor de modo que se aplique el freno, incluyendo dicho procedimiento:

• grabar los datos indicativos del cambio en espesor de dicho bloque de calor con la temperatura;

• medir la temperatura del bloque de calor; y

• ajustar dicha posición inicial del accionador (14) con relación al bloque de calor dependiendo de dichos datos y de la temperatura medida.

3. Freno de avión eléctricamente accionado, que comprende:

• un bloque de calor provisto de unos discos de ficción de carbono (10, 12);

• un accionador eléctrico (14) provisto de un elemento móvil para el acoplamiento del bloque de calor y que acciona el freno;

caracterizado porque presenta:

• unos medios de control para causar que el accionador (14), mientras no se aplica el freno, mantenga la posición del elemento móvil, o dicha posición con relación al bloque de calor, dependiendo de la temperatura medida o calculada del bloque de calor.

4. Freno de avión eléctricamente accionado según la reivindicación 3, en el que el elemento móvil es un pistón (13) móvil desde una posición inicial que se puede ajustar hasta el acoplamiento con el bloque de calor de modo que se aplique el freno; y

en el que los medios de control comprenden:

• unos medios para poner a disposición los datos grabados indicativos del cambio en el espesor de dicho bloque de calor con la temperatura;

• unos medios para medir la temperatura de dicho bloque de calor; y

• unos medios para el ajuste de dicha posición inicial del accionador (14) con relación al bloque de calor dependiendo de dichos datos y de la temperatura medida.